图解演示不同数字万用表可以检测的项目略有不同，但其结构组成基本相同。图2-24所示为典型数字万用表的外形结构。表笔数字万用表的表笔分别使用红色和黑色标识，用于待测电路、元器件与万用表之间的连接。图解演示图2-29所示为使用数字万用表检测电动自行车电动机绕组阻值的方法。......
2023-09-27
数字万用表的工作原理解析
【摘要】：图8.3-139V电池及电池扣12.9V电池及电池扣如图8.3-13所示，该数字万用表使用9V电池作为电源。除OFF挡外，其余各挡位均处于接通状态，保证万用表的正常供电。图1-162图8.3-17数字万用表的电路原理图电源采用9V电池供电，负极连接到ICL7106的V-端，正极经电源开关V型弹片KL后连接到ICL7106的V+端和电路图中标有VCC的位置。数字万用表的核心是3 1/2位A/D转换器ICL7106。
一、主要元器件
数字万用表主要元器件的名称、型号、参数、代号、安装位见表8.3-1，下面对部分元器件作以介绍。
表8.3-1 主要元器件参数
续表
1.ICL7106
如图8.3-1所示，ICL7106是3 1/2位A/D转换器，具有独立模拟开关、逻辑控制、显示驱动、自动调零等功能，工作电压为7～15V，A/D转换准确度达±0.05%，一般采用DIP40封装或GFP40封装，该数字万用表使用DIP40封装。为了正确使用，必须掌握识别其引脚编号的方法。
图8.3-1 集成电路ICL7106
如图8.3-1所示，DIP40封装ICL7106的识别标记一般为半圆形凹口、圆形凹坑或圆圈。识别时，将集成电路型号面朝向自己，识别标记朝左，则处于最左下方的是引脚1，引脚的编号按逆时针方向排序依次为引脚1、引脚2、……、引脚40，其引脚名称见图8.3-2。
当环境温度T a=25℃，时钟频率f CLOCK=48k Hz时，ICL7106的电气参数见表8.3-2。
图8.3-2 DIP40封装ICL7106的引脚编号和符号
表8.3-2 ICL7106的电气参数
2.液晶屏、导电硅胶和EVA胶垫
如图8.3-3（a）所示，该数字万用表使用了一个单色液晶屏，型号为KWT1709，尺寸为30mm×55mm。
图8.3-3 液晶屏组件
如图8.3-3（b）所示，上方与液晶屏长度相同的是导电硅条，导电硅条俗称斑马条，由导电硅胶和绝缘硅胶交替分层叠加后硫化成型。导电硅条连接器性能稳定可靠、装配简单，广泛用于游戏机、计算器、仪表等产品的液晶屏与印制板的连接。下方较小的组件为EVA胶垫，紧贴导电硅条粘贴在液晶屏背面以固定导电硅条。
3.三极管
如图8.3-4所示，该数字万用表使用了一个S9013三极管，代号和安装位为Q。S9013的集电极-发射极电压为25V，集电极-基极电压为40V，发射极-基极电压为5V，集电极电流为0.5A，最小特征频率为150MHz。电流放大倍数以字母表示，D代表64～91倍、E代表78～112倍、F代表96～135倍、G代表122～166倍、H代表144～220倍、I代表190～300倍。
使用时，要特别注意识别三极管引脚的极性。将三极管型号面朝自己，引脚向下，从左向右依次为发射极E、基极B和集电极C。
图8.3-4 三极管
4.电阻器
用不同颜色的带或点在电阻器表面标出标称阻值和允许偏差的方法称为色码法（详细介绍见章节3.1.1），采用色码法的电阻器称为色码电阻器或色环电阻器。该数字万用表使用了22个色环电阻器（R1～R11、R13～R23），其中有12个四环电阻器、10个五环电阻器，具体阻值见表8.3-1。
如图8.3-5所示，当色环电阻器为四环时，第一、二环为有效数字，第三环为10的次方数，第四环为允许偏差且颜色一般为金或银；当色环电阻器为五环时，第一、二、三环为有效数字，第四环为10的次方数，第五环为允许偏差且颜色一般为棕或红。作为有效数字或10的次方数时：棕1、红2、橙3、黄4、绿5、蓝6、紫7、灰8、白9、黑0；作为允许偏差时：棕1%、红2%、金5%、银10%、无色20%。
假设四环电阻器的第一、二、三、四环的颜色分别为红（表示数字2）、黑（表示数字0）、黄（表示104）、金（表示允许偏差±5%），则该电阻器的阻值为20×104Ω=200 kΩ，允许偏差为±5%。假设五环电阻器的第一、二、三、四、五环的颜色分别为蓝（表示数字6）、灰（表示数字8）、黑（表示数字0）、橙（表示103）、棕（表示允许偏差±1%），则该电阻器的阻值为680×103Ω=680 kΩ，允许偏差为±1%。
5.微调电位器
该数字万用表使用的微调电位器R12采用代码法标注阻值（详细介绍见章节3.1.1）。前两位为有效数字，第三位为10的次方数，电阻默认单位为Ω。如图8.3-6所示，微调电位器上标注的数字是201，表示该电位器的标称阻值为20×101Ω=200Ω。
图8.3-6 微调电位器
图8.3-7 整流二极管
6.二极管
如图8.3-7所示，该数字万用表使用的整流二极管的型号是1N4007，代号和安装位是D。1N4007是通用硅材料整流二极管，利用二极管单向导电性，可以把方向交替变化的交流电变换成单一方向的脉冲直流电。使用时要注意识别整流二极管的极性，有白色圆环的一端为负极，另一端为正极。
7.瓷介电容器
在电容器上用3位代码表示出标称值的方法称为代码标注法（详细介绍见章节3.2.3）。代码从左到右，第一、二位为有效值，第三位为10的次方数，代码标注时电容器默认单位为p F。
如图8.3-8所示，该数字万用表使用的瓷介电容器C1标注的数字是101，即表示该电容器的容量为10×101 p F=100p F。
图8.3-8 瓷介电容器
图8.3-9 独石电容器
8.独石电容器
如图8.3-9所示，独石电容器即多层陶瓷电容器，具有体积小、容量大、绝缘电阻高、耐温性能好等特点。该数字万用表使用了4个独石电容器，代号和安装位为C2～C5，标注的数字是104，即表示它们的容量为10×104 p F=100nF。
9.电解电容器
如图8.3-10所示，电解电容器一般都是有极性的，使用时正、负极不要接反。新出厂的电解电容器长脚为正极，短脚为负极；电解电容器外壳上有-标志的色带对应的脚为负极，另一个脚为正极。该数字万用表使用了一个容量为4.7μF、额定电压为50V的铝电解电容器，代号和安装位为C6。
图8.3-10 电解电容器
图8.3-11 康铜丝
10.康铜丝
康铜是以铜镍为主要成分的电阻合金，具有较低的温度系数，加工和焊接性能良好，主要用于制作仪器仪表。
如图8.3-11所示，该数字万用表使用的康铜丝尺寸为Φ1.5mm×38mm，代号和安装位为R24，阻值仅有零点几欧姆，是数字万用表10A电流挡的分流取样电阻，测大电流时使用。
11.熔断器和熔断器座
如图8.3-12所示，该数字万用表使用了一个玻璃管熔断器和两个熔断器座。两个熔断器座安装位是FUSE，用于安装玻璃管熔断器；玻璃管熔断器额定电流为0.25A，额定电压为250V。
图8.3-12 熔断器和熔断器座
图8.3-13 9V电池及电池扣
12.9V电池及电池扣
如图8.3-13所示，该数字万用表使用9V电池作为电源。电池扣的安装位为BT，电池扣扣在9V电池的正、负极上输出电压。
13.三极管插座
如图8.3-14所示，三极管插座有8个插孔，安装位为CZ。用来测量三极管电流放大倍数时插入三极管。
图8.3-14 三极管插座
图8.3-15 表笔插管
14.表笔插管
如图8.3-15所示，3个表笔插管是万用表表笔的插座，安装位分别为10ADC、VΩm A、COM。
15.量程转换开关组件
如图8.3-16所示，量程转换开关组件包括一个量程转换开关、6个V型弹片、两个弹簧和两个钢珠。V型弹片卡在旋钮转柄反面6个定位片上，两个弹簧安装在量程转换开关正面的两个小孔里，其上再各放一个钢珠，量程转换开关安装在外壳下方，旋转量程转换开关时，钢珠受弹簧的回复力可在外壳下方的齿轮状导轨上的20个位置停留，以便改变数字万用表的量程。
二、数字万用表的工作原理
该数字万用表具有6种主要功能，用一个20挡波段开关控制，包括交流电压挡（200V、750V共两挡）、直流电流挡（200μA、2m A、20m A、200m A、10A共5挡）、晶体三极管的h FE参数挡、晶体二极管导通电压挡、电阻器阻值挡（200Ω、2kΩ、20kΩ、200kΩ、2MΩ共5挡）、直流电压挡（200m V、2V、20V、200V、1000V共5挡）和关机OFF挡。
数字万用表的电路原理图如图8.3-17所示，主要包括测量输入电路、功能量程选择电路、参数转换电路、A/D转换电路、LCD驱动电路。
该数字万用表有一个6刀、11滑环、20挡波段开关，6个刀AB、CD、EF、GH、IJ、KL也称为V型弹片，安装在波段开关的塑料旋钮上。11个滑环直接制作在印制板上，最里面的3个滑环9、10、11主要用于电源配置。滑环11连接到9V电池的正极，滑环10连接到电路中的VCC，这两个滑环由V型弹片KL控制。除OFF挡外，其余各挡位均处于接通状态，保证万用表的正常供电。滑环9、10用于波段开关V型弹片IJ，根据不同挡位把引线连接到液晶屏的引脚HV和3个小数点上。当波段开关置于直流电压1000V或交流电压700V挡位时，在液晶屏的左上角显示HV，在其他挡位让小数点显示在正确的位置上。
图8.3-17 数字万用表的电路原理图
电源采用9V电池供电，负极连接到ICL7106的V-端，正极经电源开关V型弹片KL后连接到ICL7106的V+端和电路图中标有VCC的位置。
数字万用表的核心是3 1/2位A/D转换器ICL7106。A/D转换器将0～2V的模拟电压转换成三位半的BCD码数字显示出来，将被测直流电压、交流电压、直流电流、电阻等物理量转换成0～2V的直流电压，送到ICL7106的输入端，即可在数字表上进行检测。
为检测大于2V的直流电压，在输入端引入衰减器，将信号变为0～2V，显示时再放大同样的倍数。检测交流电压时，首先将被测输入信号衰减，与上述直流电压检测方法相同。衰减之后的交流电压还要进行整流，变成直流电压后再进入A/D转换器。
检测直流电流时，将被测电流变成0～2V的直流电压即实现衰减与I/V变换，衰减由电阻器构成的具有不同分流系数的分流器完成。
被测电阻器上通过的电流是恒定的，所以在被测电阻器上产生的压降与其阻值成正比，将得到的电压信号送到A/D转换器进行检测，即可测量出电阻值。
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